基于EDA平臺(tái)支撐的軌道交通信控專業(yè)電子技術(shù)課程教學(xué)

陶硯蘊(yùn)+楊勇+朱忠奎

摘要： 電子電路課程是軌道交通信控專業(yè)本科人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)課程之一。為了適應(yīng)新時(shí)代的本科層次工程技術(shù)人才培養(yǎng)要求，我們提出一種基于EDA平臺(tái)支撐的教學(xué)模式，教師通過(guò)EDA系統(tǒng)對(duì)電子技術(shù)課程知識(shí)點(diǎn)分析講解，學(xué)生通過(guò)EDA工具學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論，掌握電路原理的驗(yàn)證，模擬電路的設(shè)計(jì)和典型放大電路參數(shù)，數(shù)字電路的以及邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證等、基于EDA平臺(tái)完成課后練習(xí)以及課程考核，形成“基礎(chǔ)理論+工程能力提升”的新培養(yǎng)模式，旨在提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際和解決軌道交通信號(hào)控制工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：軌道交通；信控專業(yè)；工程應(yīng)用；電子電路課程；EDA平臺(tái)支撐；

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

Abstract. Electronic circuit course is one of the important basic courses for undergraduate students in the electronic majors. The current teaching approaches are proposed for undergraduate education， not suit for distinguished engineers. In order to meet the requirement of distinguished engineer education， we propose a novel approach - EDA learning carrier teaching for undergraduate electronic circuit course in railway transportation majors. In this approach， teacher explains theory of electronic circuit course using EDA， and students participate in problem solving， solution verification， practice and examine （theory and practice） with EDA. It aims to promote the ability of linking theory with practice and problem solving.

Keywords： Railway Transportation； Signal and control major； Engineering application； Electronic circuit course； EDA platform support ；

1.引言

現(xiàn)代科技飛速發(fā)展對(duì)本科層次工科教育提出新的要求，現(xiàn)代工科培養(yǎng)目標(biāo)是造就一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的各類型工程技術(shù)人才，服務(wù)國(guó)家的新型工業(yè)化發(fā)展和創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè) [1]，為此，國(guó)家戰(zhàn)略性的提出了“卓越工程師計(jì)劃”。對(duì)于本科電類專業(yè)，電子電路課程是必修課程，是高校培養(yǎng)電力電子工程師和相關(guān)領(lǐng)域科研人才的最重要基礎(chǔ)課程之一，它包括了電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字邏輯電路課程。隨著電路集成度和規(guī)模不斷擴(kuò)大，EDA軟件已成為電路設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試和仿真必不可少的工具，EDA課程是基于EDA的電子技術(shù)實(shí)踐課程，是電子技術(shù)工程師培養(yǎng)不可缺少的課程。軌道交通信控專業(yè)（本科）是適應(yīng)新時(shí)代軌道交通大發(fā)展背景下設(shè)立的高層次人才培養(yǎng)專業(yè)，具有極強(qiáng)的工程應(yīng)用背景，因此，如何實(shí)現(xiàn)適用于軌道交通信控專業(yè)的電子技術(shù)課程教學(xué)是該專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1給出了電路原理、模擬電子技術(shù)，數(shù)字電路以及EDA技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)。從圖可知，電路原理與模擬電子技術(shù)是緊耦合關(guān)系；數(shù)字邏輯電路與模擬電子電路的信號(hào)處理對(duì)象和分析方法完全不同，兩者的直接耦合點(diǎn)較少；EDA技術(shù)課程與電路原理和電子技術(shù)基礎(chǔ)緊密相關(guān)，貫穿于電子電路課程的整個(gè)體系中。

2. 電子技術(shù)課程教學(xué)的問題

1）在制定本科教學(xué)計(jì)劃時(shí)，高校通常將電子電路課程和EDA技術(shù)課程開設(shè)在不同學(xué)期，其中，電路原理和電子技術(shù)基礎(chǔ)基本為必修課程，而EDA技術(shù)課程為選修課程，有些高校甚至不開設(shè)EDA課程。EDA課程的弱化導(dǎo)致學(xué)生對(duì)電子電路課程所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用了解不深刻，理論聯(lián)系實(shí)際不夠，解決問題和動(dòng)手實(shí)踐的能力較弱。

2）在課堂中，學(xué)生是“聽”和“看”?！奥牎笔菍W(xué)生聽教師的講解，“看”是學(xué)生對(duì)課本和多媒體課件內(nèi)容的閱讀，目前的多媒體課件仍然以靜態(tài)內(nèi)容為主，少數(shù)有動(dòng)態(tài)演示。電子電路課程的知識(shí)體系龐大、理論抽象、難點(diǎn)較多，特別是一些電路的參數(shù)復(fù)雜，輸出變化多，靜態(tài)課件無(wú)法幫助學(xué)生深入和理解知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生收獲甚微。

3）電子電路課程與電子技術(shù)發(fā)展聯(lián)系緊密，電子技術(shù)的不斷革新使課程必須緊跟其發(fā)展步伐。電路中許多科學(xué)問題來(lái)源于實(shí)際技術(shù)與工程問題，傳統(tǒng)的電子電路課程教學(xué)針對(duì)的是電子技術(shù)發(fā)展中某階段的問題，對(duì)許多新出現(xiàn)的問題具有不適應(yīng)性，例如，對(duì)較大規(guī)模的電路分析，僅通過(guò)多媒體課件和教師講解無(wú)法使學(xué)生對(duì)其深入的理解。

3 基于EDA平臺(tái)支撐的教學(xué)模式

電子電路課程的改革和探索主要有三種，一種是通過(guò)引入EDA等技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)[2-3]，提高課堂效果，這類方法以EDA為輔助教學(xué)手段；其次是通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的提煉，突出重點(diǎn)，分層教學(xué)，是理論教學(xué)層面的改進(jìn)[4]；第三種是基于項(xiàng)目的實(shí)踐化教學(xué)，偏重實(shí)訓(xùn)，主要用于課程設(shè)計(jì)和高職高專教學(xué)[5-6]。以上的教學(xué)改革對(duì)象為本科基礎(chǔ)理論教學(xué)和高職高專實(shí)訓(xùn)教學(xué)，與本科層次人才的培養(yǎng)并不適應(yīng)。軌道交通信控專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃為“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、求創(chuàng)新”，其課程教學(xué)應(yīng)該有根本性的變化。

3.1 課程教學(xué)

新的課程教學(xué)有以下特點(diǎn)：1）教學(xué)載體和內(nèi)容需適應(yīng)電子技術(shù)領(lǐng)域的前沿發(fā)展；2）從單一的學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和利用工具變?yōu)橐袁F(xiàn)代化電路輔助設(shè)計(jì)（EDA）工具為支撐的“基礎(chǔ)理論+工程應(yīng)用”模式；3）應(yīng)以將提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力（特別是與軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用）為重要指標(biāo)。

基于EDA平臺(tái)支撐的電子技術(shù)課程教學(xué)旨在使學(xué)生打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考意識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐和解決問題的能力。EDA平臺(tái)支撐的教學(xué)針對(duì)軌道交通信控專業(yè)培養(yǎng)所提出的教學(xué)方法，是將EDA技術(shù)融入到電子電路課程的教學(xué)各環(huán)節(jié)，包括課堂講解、課程練習(xí)和課程考核，為理論教學(xué)提供系統(tǒng)性教學(xué)手段，具有工程技術(shù)創(chuàng)新的培養(yǎng)特點(diǎn)，在原有理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性、技術(shù)性和工程應(yīng)用性。

3.2 教學(xué)流程

針對(duì)軌道交通信控專業(yè)本科層次人才培養(yǎng)，我們提出了一種新的基于EDA平臺(tái)支撐的電子電路課程教學(xué)。基于EDA平臺(tái)支撐的教學(xué)以“問題提出→理論知識(shí)點(diǎn)（EDA工具）→ 教師講解（EDA工具）→問題解決（EDA工具）：包括學(xué)生驗(yàn)證（EDA工具），練習(xí)與考核（EDA工具）”為教學(xué)鏈，通過(guò)以EDA為載體形式在教學(xué)鏈中嵌入，達(dá)到理論知識(shí)點(diǎn)與應(yīng)用的雙重教學(xué)目的。EDA嵌入式教學(xué)包含以下重要節(jié)點(diǎn)：

教師講解與演示：利用EDA系統(tǒng)進(jìn)行電子技術(shù)知識(shí)點(diǎn)講解，以動(dòng)靜結(jié)合的方式講解重要知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)；

解決方案：思考問題的解決方案，由教師進(jìn)行實(shí)例求解和講解，學(xué)生參與部分問題求解；

學(xué)生對(duì)多種EDA系統(tǒng)（Multisim-電路原理，PSPICE-模擬電路，QuartusII-VHDL和Preteus-數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)）的學(xué)習(xí)與使用；

驗(yàn)證：學(xué)生利用EDA系統(tǒng)對(duì)問題的方案進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和驗(yàn)證，在驗(yàn)證過(guò)程中提出新的問題，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果；

課后練習(xí)：教師布置課后習(xí)題內(nèi)容，學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)和EDA系統(tǒng)完成作業(yè)，以此鞏固知識(shí)點(diǎn)，提高問題解決能力；

課程考核：分為理論考核部分和項(xiàng)目實(shí)踐，理論考核部分主要測(cè)試學(xué)生基本定理掌握和知識(shí)點(diǎn)的理解；項(xiàng)目實(shí)踐則需要學(xué)生根據(jù)題目在EDA系統(tǒng)上完成方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、仿真與測(cè)試，項(xiàng)目考核是考察學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力。

圖2中對(duì)比了傳統(tǒng)EDA輔助教學(xué)和新的EDA平臺(tái)支撐教學(xué)模式對(duì)比。從圖2中看出，EDA學(xué)習(xí)載體的教學(xué)是EDA作為與電子課程中各問題求解的手段，并不是單一的演示，是一種基于EDA平臺(tái)的教師-學(xué)生的互動(dòng)教學(xué)方式，而非簡(jiǎn)單的將EDA作為演示或仿真手段，這與EDA輔助教學(xué)是有本質(zhì)區(qū)別的。

4.結(jié)束語(yǔ)

電子技術(shù)課程是軌道交通信控專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，其重要性不言而喻，該課程的行業(yè)背景決定了該課程教學(xué)必須兼具理論基礎(chǔ)和工程應(yīng)用兩個(gè)方面。為了適應(yīng)新時(shí)代的本科層次工程技術(shù)人才培養(yǎng)要求，本文提出一種基于EDA平臺(tái)支撐的教學(xué)模式，旨在提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際和解決軌道交通電類工程問題的能力。

References

[1] Ministry of education， China Academy of Engineering， 《General criteria for the education and training program on excellent engineer 》 2013.

[2] Wang Weidong， Qin dongcheng， Zhao Zhonghua， The introduction of EDA， to improve the teaching of Electronic Circuit Courses， Journal of Research on Higher Engineering Education， 1（2002）76-78.

[3] Gao Haikuo， Ma Shengnan， Exploration on teaching reform of electronic circuit CAD， Education Teaching Forum. 19（2014）40-41頁(yè)

[4] Nie Hui， A preliminary study on the teaching method of "three cases" in the course of electronic circuit， Theory and Practice of Contemporary Education ，5（2013） 106-107

[5] Zhu Zhenghua， Reform and exploration of electronic circuit curriculum design， China modern educational equipment， 10（2007） 100-101

[6] Wang Yan， Xia Minglei，Integration project teaching of electronic circuit course，Experimental Technology and Management， 2（2012）123-125